混合導(dǎo)航星座星間鏈路設(shè)計及自主定軌算法研究.pdf

1、星間鏈路、自主定軌和時間同步是 BDS（北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)）等混合衛(wèi)星導(dǎo)航星座建設(shè)和應(yīng)用中的重要組成部分。本文緊密結(jié)合BDS等混合衛(wèi)星導(dǎo)航星座的實(shí)際，綜合運(yùn)用數(shù)學(xué)、統(tǒng)計學(xué)等理論和技術(shù)，對混合星座中星間鏈路的建立準(zhǔn)則和合理性、自主定軌的可行性和算法以及星地/星間時間同步算法進(jìn)行了全面的分析和深入的研究。本文的主要工作和創(chuàng)新點(diǎn)可概括如下：
　　1.根據(jù)混合星座的特點(diǎn)，運(yùn)用圖論知識分析和提出了混合星座中星間鏈路的建立準(zhǔn)則，運(yùn)用鄰接矩陣提出

2、了判斷星間鏈路是否連通的方法，運(yùn)用衛(wèi)星間相連的途徑的數(shù)目及其連通度等概念提出了星間鏈路穩(wěn)健性的判斷標(biāo)準(zhǔn)，并進(jìn)一步運(yùn)用圖論知識給出了星座達(dá)到一定連通度所需要的最少星間鏈路數(shù)目及其構(gòu)建方式。
　　2.針對現(xiàn)有文獻(xiàn)中GDOP的理論最小值不合理的原因，從實(shí)際情況出發(fā)，對GDOP最小值的求解進(jìn)行了分析和重新推導(dǎo)，得到了GDOP最小值的計算方法，并分析了GDOP值達(dá)到最小時衛(wèi)星的空間幾何分布情況；提出了 PDOP最小值的求解方法；綜合運(yùn)用GD

3、OP/PDOP最小值驗(yàn)證了作者提出的星間鏈路建立準(zhǔn)則的合理性。
　　3.分析了混合星座星間鏈路的傳輸耗損，運(yùn)用概率知識提出了在數(shù)據(jù)傳輸速率的數(shù)學(xué)期望等于額定數(shù)據(jù)傳輸速率的條件下，確定合理發(fā)射功率的方法，并推導(dǎo)了數(shù)據(jù)傳輸速率方差的計算公式。
　　4.分析了星間鏈路建立準(zhǔn)則對路由算法以及星間鏈路使用概率的影響；在最少路由節(jié)點(diǎn)和盡量選擇穩(wěn)健星間鏈路的原則下，提出了 Walker-?星座和混合星座中星間鏈路的路由算法，并提出了混合星

4、座中永久性星間鏈路使用概率的計算方法。
　　5.改進(jìn)和完善了診斷病態(tài)性的特征分析法，并對GEO定軌數(shù)據(jù)處理中的病態(tài)性問題進(jìn)行了分析；根據(jù)病態(tài)性的診斷結(jié)果和實(shí)際情況，提出了雙 k型嶺估計，并將其運(yùn)用于基于星地鏈路的GEO定軌。
　　6.針對固定星間鏈路模式結(jié)合區(qū)域地面觀測的局限性所引起的自主定軌病態(tài)性問題，根據(jù)觀測模型對濾波值影響的具體特點(diǎn)，提出了有偏自適應(yīng)EKF算法及其自適應(yīng)因子的確定方法，以有效地克服觀測模型的病態(tài)性對自主

5、定軌EKF濾波的不良影響。
　　7.針對可見可測星間鏈路模式結(jié)合區(qū)域地面觀測的局限性所引起的自主定軌病態(tài)性問題，受正則化思想啟發(fā)，將嶺參數(shù)引入到EKF算法中，提出了嶺型EKF算法及其嶺參數(shù)的確定方法，以有效地克服觀測模型的病態(tài)性對自主定軌EKF濾波的不良影響。
　　8.基于不同類型識別變量的后驗(yàn)概率，提出了探測星地時間序列中異常值的Bayes方法，以及確定異常擾動大小的模型和最小二乘法。
　　9.給出了星間測距和鐘差觀